不同時空尺度瘧疾傳播風險預測及環(huán)境影響因素研究.pdf

1、背景:
　　瘧疾(malaria)是由瘧原蟲寄生于人體引起的一種傳染病,通過被感染的蚊子叮咬傳播。瘧原蟲在人體肝臟發(fā)育,然后感染紅細胞增殖成裂殖子,使紅細胞脹大破裂,大量代謝產(chǎn)物進入血流導致機體發(fā)病。臨床表現(xiàn)以周期性寒戰(zhàn)、高熱,頭痛、嘔吐,繼之大汗后緩解為主要特點。通常發(fā)生在蚊子叮咬后的10～15天。感染人體的瘧原蟲包括:間日瘧原蟲(Plasmodium vivax)、惡性瘧原蟲(Plasmodium falciparum)、三日

2、瘧原蟲(Plasmodium malariae)及卵形瘧原蟲(Plasmodium ovale),分別引起間日瘧、惡性瘧、三日瘧和卵形瘧。根據(jù)世界衛(wèi)生組織報告,到2010年,全球大約33億人口(約占世界人口的50％)受瘧疾威脅,每年約有2.16億人感染瘧疾,約65.5萬人因瘧疾死亡,大部分來自貧窮的國家。
　　歷史上,安徽省一直是我國瘧疾流行重災區(qū)之一,20世紀60～70年代,瘧疾年發(fā)病人數(shù)曾超過千萬,1980年安徽省瘧疾發(fā)病數(shù)達

3、到112萬人,占全國瘧疾報告病例數(shù)的33.9%。在黨和政府的高度重視下,制定了瘧疾防治工作的一系列政策和規(guī)劃,在人力、物力、財力等方面給予大力支持。經(jīng)過近20年的努力,到上世紀90年代末期,安徽省大部分縣市達到了基本消除瘧疾的標準(年發(fā)病率低于萬分之一)。安徽省年發(fā)病率從1990年52/10萬降低到1999年1.3/10萬。但在2000年以后我國瘧疾疫情曾一度出現(xiàn)回升,主要集中在安徽、河南和江蘇省。2006年安徽省全年瘧疾報告病例近3.

4、5萬人,占全國瘧疾報告病例數(shù)的54.5%,成為安徽省重點防控的傳染病。安徽省瘧疾的復燃引起了衛(wèi)生防病部門和學術界的高度重視,采取了大量的防控措施,2006年以后瘧疾疫情得到了有效的控制,逐年發(fā)病率大幅度的降低。但是,什么原因?qū)е掳不帐’懠苍?000年后復燃還不是很明確。
　　相關研究認為氣候因素的變化會嚴重影響瘧疾傳播媒介的數(shù)量和叮咬頻率,以及瘧原蟲在蚊體內(nèi)寄生的外潛伏期。然而,全球變暖和世界范圍內(nèi)的瘧疾發(fā)病增加之間的關系仍然存在

5、很大的爭議。此外,過去的研究大多集中在惡性瘧傳播,間日瘧與其有著不同的傳播媒介和傳播特征,但其與氣候變化特點的研究相對較少。安徽省是間日瘧流行的地區(qū),中華按蚊是主要傳播媒介,主要孳生場所集中在稻田及其灌溉系統(tǒng),還有住宅附近的池塘、洼地、水坑等?？刂崎g日瘧的傳播優(yōu)選控制傳染源為主,采取休止期根治的方式可以有效地降低瘧疾的傳播。因此,明確瘧疾病例的時間和空間分布特征,才能采取有針對性的防治策略和措施。另一方面,從安徽省瘧疾空間的分析結果上看

6、,發(fā)病率存在著明顯的空間異質(zhì)性,對于這種空間分布的差異性原因的分析,是對該地區(qū)瘧疾防控中亟待解決的科學問題之一。
　　目的:
　　探討2000年后安徽省瘧疾發(fā)病率上升的主要原因;闡明近20安徽省年來瘧疾的流行趨勢及變化特征,識別瘧疾傳播的熱點區(qū)域,綜合分析氣象、地理、環(huán)境等因素對該地區(qū)瘧疾疫情的影響,建立該地區(qū)瘧疾傳播風險預測模型,為建立瘧疾早期預測預警系統(tǒng)降低瘧疾發(fā)病率提供科學依據(jù),為瘧疾疫情的防控和合理配置衛(wèi)生資源提供理

7、論指導。從方法學建立基于空間分析(GIS、GS、GPS)技術和數(shù)理統(tǒng)計學方法相結合的瘧疾傳播風險預測模型,評估瘧疾傳播風險的空間區(qū)域差異和時間變化趨勢,為相關媒介疾病的研究提供方法學支持。
　　方法:
　　收集1990～2009年安徽省各縣市瘧疾的月發(fā)病率監(jiān)測數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù);將各縣市年均發(fā)病率與相應的行政邊界圖層進行空間關聯(lián),繪制安徽省各縣市瘧疾年發(fā)病率空間分布圖;采用Spearman correlation分析方法來確定不

8、同研究區(qū)域(淮北、江淮、江南)瘧疾月平均發(fā)病率和氣候因素之間的關系和“滯后”效應;構建多項式分布滯后模型(Polynomial Distributed Lag Model,PDL)來定量分析環(huán)境因素對瘧疾發(fā)病率貢獻的大小,擬合和預測瘧疾的發(fā)病率;用AIC準則(Akaike information criterion)選定PDL模型參數(shù),計算模型的校正決定系數(shù)(Adjusted R-squared)和擬合值的殘差(Residual),并對

9、模型擬合值的殘差序列進行了白噪聲(White Noise)檢驗(Ljung-Box Q統(tǒng)計量),評估模型的擬合優(yōu)度(goodness-of-fit of the models);應用均方根誤差(the root means quare error,RMSE)評價模型的預測效果,針對預測值的殘差序列進行白噪聲檢驗(應用Ljung-Box Q統(tǒng)計量);利用時間移動窗口掃描(Temporal scan statistical method)、

10、空間自相關(Spatial autocorrelation)和空間聚類分析(Spatial cluster analysis)研究瘧疾發(fā)病的時間和空間分布特點,確定發(fā)病的熱點區(qū)域;應用2005～2010年安徽省瘧疾患者的詳細家庭住址信息,查詢患者的家庭住址坐標,應用ArcGIS9.2軟件定位到安徽省地形圖上;應用地理信息系統(tǒng)(GIS)技術將研究區(qū)域劃分為25平方公里(5km×5km)大小的柵格地圖,利用時間序列面板數(shù)據(jù)模型(Panel

11、data regression model)方法分析環(huán)境變量與瘧疾發(fā)病率之間的關系,評估瘧疾傳播風險空間區(qū)域差異的環(huán)境影響因素。
　　結果:
　　1.安徽省1990～2009年間共報告瘧疾病例198875例,時空分析結果顯示瘧疾發(fā)病率變化存在空間異質(zhì)性。1990～1999年期間,淮北、江淮、江南三個地區(qū)的發(fā)病率均呈現(xiàn)顯著的下降趨勢,從2000年以后,僅淮北地區(qū)發(fā)病率呈明顯上升趨勢,2006年達到發(fā)病高峰90.54/10000

12、0。江淮和江南均保持較低的發(fā)病水平,2000～2009年間平均發(fā)病率分別為3.47/100000±1.29和1.09/100000±0.54。瘧疾的發(fā)病具有明顯的季節(jié)性,發(fā)病高峰主要集中在6～11月之間。從空間變化趨勢分析顯示安徽省上世紀90年代瘧疾發(fā)病遍布全省且逐年降低,2000年后發(fā)病率開始增高,“熱點區(qū)域”由南向北變遷,并且“北移”現(xiàn)象明顯,年平均發(fā)病率的空間動態(tài)變化差異較大。自1990年到2009年的20年期間,安徽省各縣市年平

13、均發(fā)病率從最低0.45/100000到最高88.65/100000,中位數(shù)10.45/100000。
　　2.空間自相關分析結果顯示安徽省瘧疾存在顯著的空間聚集性。選擇最大空間窗口半徑為安徽省20%的總人口標準應用空間聚類分析,結果表明安徽省北部和東部分別存在一個高聚類區(qū)。一級聚類區(qū)位于安徽省淮河北部,包括濉溪縣、宿州市、靈璧縣、蕭縣、淮北市、固鎮(zhèn)縣、蒙城縣、渦陽縣、利辛縣共9個縣區(qū),聚類中心點坐標(33.678555N,116.

14、699142E),聚類半徑76.98km;二級聚類區(qū)位于安徽省中東部明光市、五河縣、鳳陽縣共3個縣區(qū),聚類中心點坐標(32.807571N,118.111466E),聚類半徑52.28km。
　　3.針對安徽省瘧疾2000年后“反彈”的現(xiàn)象,應用時間序列的多項式分布滯后模型進行分析,多因素分析結果顯示:安徽省所有三個地區(qū)(淮北、江淮、江南)瘧疾的發(fā)病僅與1～2個月前的降雨量存在著密切的相關,回歸系數(shù)分別為1.18、1.51、1.2

15、3。而與最高、最低溫度、平均溫度、相對濕度和MEI均沒有統(tǒng)計學上的關聯(lián)。建立的瘧疾風險預測模型具有良好的擬合和預測效果。安徽省三個地區(qū)(淮北、江淮和江南)預測值的殘差均為白噪聲序列,均方根誤差值(the root mean square error,RMSE)分別為1.63、1.86、1.75。
　　4.安徽省瘧疾空間區(qū)域差異的影響因素研究顯示:單因素面板數(shù)據(jù)模型分析表明月均相對濕度(RH)、歸一化植被指數(shù)(NDVI)、月累計降雨

16、量(Accumulative rainfall)、月平均溫度(Average temperature)在1～3個月滯后條件下與月瘧疾發(fā)病率存在顯著正相關,同時海拔和旱地面積也與瘧疾發(fā)病率存在顯著關聯(lián)。多因素面板數(shù)據(jù)模型分析結果表明月均相對濕度滯后1個月(IRR=1.29,P<0.01),NDVI在滯后2個月(IRR=1.05,P<0.01),降雨量在滯后1個月(IRR=1.11,P<0.01),平均溫度在滯后1個月(IRR=3.53,P

17、<0.01)與瘧疾的空間區(qū)域分布密切相關。土地利用分析結果顯示旱地面積增加會導致瘧疾發(fā)病的增高(IRR=1.23,P<0.01)。
　　結論:
　　本研究揭示了安徽省瘧疾發(fā)病率在2000年以后的“反彈”與當?shù)丿懠舶l(fā)病高峰前1～2個月的降雨量變化密切相關,構建了瘧疾傳播風險的預測模型;安徽省1990～2009年間瘧疾傳播的熱點地區(qū)由南向北變遷,找出了近年來瘧疾傳播的季節(jié)性特點和空間熱點區(qū)域;導致安徽省瘧疾空間分布異質(zhì)性的主要影